事件相關電位與在面部表情強度的認知

1、事件相關電位與在面部表情強度的認知摘要：大家可以從日常生活經(jīng)驗得知，情感的面部表情的強度差異很大，如輕微的憤怒、憤怒，或不安和輕度恐懼、焦慮和恐慌。然而，不同強度的情感面部表情事件相關電位尚未得到研究。因此，我們請了16名健康的參與者參與了性別決定任務，通過男性和女性的面孔來顯示憤怒，厭惡和恐懼表情及強度變化（50%,100%,150%）。ERP數(shù)據(jù)的分析顯示強度在N170的振幅顯著增加，但不是由情感類型決定。在電極9和P10中200到600毫秒之間消極變化所致的力度最為顯著。對于這個時間段，強度和負偏斜度之間有著明確的線性關系。對下顳枕葉中的兩個對稱位置放置電極并利用差分波形（150%減去5

2、0%的強度）偶極子源定位解釋強度影響。進一步發(fā)現(xiàn)在顳極位置（FT7和FT8）對于厭惡情緒的具體影響約為350-400毫秒。結果總結為情緒識別的兩階段模型，表明對進入的顯著的面部信息編碼存在初始監(jiān)測過程。在第二步驟中，對臉的特定情緒內(nèi)容進行解碼是在情感特異性識別系統(tǒng)中。2006愛思唯爾有限公司保留所有權利。關鍵詞：ERP;面部表情基本情緒;恐懼;厭惡;憤怒;強度；N170鏡像神經(jīng)元1.簡介：人臉是社會信號的一個重要來源。它揭示了個人的身份和表情，以及不加以人為控制的我們另一方面的內(nèi)心感受。面部信號在引導人際行為方面的重要性體現(xiàn)在心理過程的復雜功能架構中，它基于一個廣泛分布的神經(jīng)網(wǎng)絡，專門用于解碼

3、這些信息一個表情處理最有影響力的模型（布魯斯楊，1986）顯示的初始結構的編碼處理，是用于隨后處理身份和情緒的表情可分離通路。同時，這種模式中，身份處理被高度闡述并分餾成不同的子過程，表情的情感識別只是作為一個單一的和未分化的過程。在過去十年的神經(jīng)心理學研究中，已經(jīng)大體上增進了對心理過程及潛在面部情感識別神經(jīng)機制的理解。道夫斯，Tranel,達馬西奧和達馬西奧等人（1994）首次闡述在杏仁核被損壞后會缺乏對恐懼面部表情的認識的研究。這些初步的研究結果，如今已重復應用在了無數(shù)的神經(jīng)心理學研究中以調(diào)查人們病變或功能缺陷的杏仁核（Broks等，1998;考爾德等人，1996;Meletti等人，20

4、03;Sato等，2002;Sprengelmeyer等人，1999）。功能成像研究可以進一步表明，該識別恐懼的面孔是基于在空間上分布的神經(jīng)網(wǎng)絡，包括上丘，丘腦中繼核，具條紋和紋外的區(qū)域，以及杏仁核（例如布萊特等人，1996;Fischer等人，2003;Morris等人，1996）。在這個網(wǎng)絡機構中，一條指向杏仁核和慢丘腦皮質(zhì)加工路徑的快速分皮質(zhì)處理線路被提出快速處理路線形成一個進化舊系統(tǒng)的一部分，該系統(tǒng)能夠快速地響應，自動地，和無意識地知覺到威脅，危險的信號。人體的快速路線也可以從個案和功能成像研究中得到驗證證據(jù)（德蓋爾德，VROOMEN,Pourtois，與Weiskrantz，1999

5、）（Morris等人，1998;莫里斯，德蓋爾德，Weiskrantz,與刀郎，2001年）。在亨廷頓氏病人的面部表情識別的臨床研究中可以得到一個不同的模型（楊，巴克，柯蒂斯&吉布森，1997;Hennenlotted人，2004;Sprengelmeyer等人，1996;Sprengelmeyer,施羅德，年輕和Epplen,2006;Sprengelmeyer等人，1997王Hoosain,楊萌，與王，2003）?；加羞@種疾病的參加者在對厭惡表情的識別方面受損。其他如帕金森氏病Sprengelmeyer等人，2003）,抽動穢語綜合征，強迫性障礙（Sprengelmeyer等人,1997年

6、），和威爾森氏病（Wang等人，2003）等疾病也與面部厭惡識別缺陷相關聯(lián)。此外，功能成像研究（Hennenlotter等人，2004;Phillips等人，1997;Sprengelmeyer,勞施，Eysel,與Przuntek,1998）表明基底節(jié)和腦島與認識厭惡表情有關。但對于恐懼，沒有證據(jù)表明快速處理的路線與厭惡有關。在杏仁核和島嶼-紋狀體區(qū)域和恐懼、厭惡認知之間的關聯(lián)的眾多研究中，只有一項研究將伏隔核與識別憤怒表情相聯(lián)系（考爾德，基恩，勞倫斯，和Manes認為，2004年）。然而，神經(jīng)心理學和功能成像研究不能告訴我們?nèi)康拿婵准庸さ臅r間過程。為了研究這些方面的細節(jié)，不同的ERP研究

7、已經(jīng)進行了很久。首先由Bentin,艾莉森，Puce，佩雷斯和麥卡錫（1996年）和B“otzel,舒爾茨和Stodieck（1995年）中描述的，最突出的面部識別相關電位是N170,。雖然在過去飽受質(zhì)疑（Rossion,柯倫和高塞爾，2002滲見Bentin和卡梅爾，2002年為響應），但N170作為臉部特定結構編碼過程的假設現(xiàn)在被認為是代表的假設。其他的在與情緒的面部表情加工相關的ERP研究中顯得尤其突出。Eimer和福爾摩斯（2002）報道在比對中等的恐懼表情，刺激200毫秒后一個積極的額葉中央?yún)^(qū)域ERP成分出現(xiàn)。巴蒂和Taylor（2003）研究了影響幸福，驚訝，恐懼，悲傷，厭惡和憤怒

8、對ERP的中性表情相比，發(fā)現(xiàn)ERP的N170有整體情緒的影響和在220-450毫秒的時間上一個情感的具體反應在額葉中央?yún)^(qū)域位置出現(xiàn)。相比中性面孔相比，具體情感像快樂，恐懼，悲傷，憤怒和驚訝等在后方N230位置出現(xiàn)，報道于Balconi和POZZOLI（2003年）。這些數(shù)據(jù)的解讀很簡單，只要這是在“基本情緒”靜態(tài)框架完成的情況下，那么就能清楚地表明面部表情的情緒具體的處理早于刺激出現(xiàn)后的200毫秒。面部表情，不僅是相對于所述的一種情感，而且相對于顯著性，即當一個特定的情緒被展現(xiàn)時的強度如何。就此，ERP的報告可以反映各種信息，問題出現(xiàn)了，這些信息是在什么時候和什么位置進行處理？現(xiàn)有ERP文獻不

9、能回答這個問題，因為在面部表情強度從未被控制，報道的ERP效應因此既可以表示情感的特定處理，或強度的處理，或者是兩者混為一談。為了解決這個被忽視的問題，本研究旨在探討在ERP的情緒面部表情的不同強度的影響。此外，通過使用神經(jīng)心理對恐懼，厭惡和憤怒基本情緒的充分研究，這項研究的目的還在于尋找與認知過程的情感特定的面部識別系統(tǒng)中相關的ERP成分。2.方法：被試得到免費神經(jīng)和精神障礙書面知情同意書同意參加研究的16名健康受試者（6女，10男）。參加者的平均年齡為27.7歲（SD6.7）。所有受試者正常或矯正到正常視力并得到參與的被試費（約合10）。參與者被隨機從健康人群選擇，從而導致與女性參加者相比

10、多為男性。由于我們要研究處理情緒的一般方面，而不是關心和感興趣性別的任何差異，所以所有的參與者都納入分析，而不均衡性別。刺激和設備刺激被呈現(xiàn)在由人控制的一個計算機CRT顯示器。結果記錄使用放置在被試面前的兩個置于記錄臺上相距10厘米的按鈕。左，右手的食指分別應答左和右的按鍵。刺激是由計算機操縱的三種不同的面部表情（憤怒，厭惡和恐懼）和不同強度變化（50，100，150）的照片。這些表情是由八個模型的其中之一所構成（4名女性，4名男性）。使用的所有刺激取自FEEST（有關詳細信息和詳細信息，seeYoung,佩雷特，考爾德Sprengelmeyer,與艾克曼，2002）.視線距離保持1米不變（圖

11、1）。程序設計在實驗開始時先進行一個練習組（36次試驗），接著進行10試驗組（每組72次試驗）。參與者被要求對在屏幕上顯示的面部刺激做兩種性別的反應。一半的參與者按下左鍵對應女性面孔右鍵對應男性面孔，另一半相反。每一個試驗開始為呈現(xiàn)固定為500毫秒的注視點，接著呈現(xiàn)臉部刺激，直到被試做出反應。反應后1500毫秒開始下一次實驗。面部刺激每個人不同以及隨機順序呈現(xiàn)。電生理記錄使用BIOSEMI主動-雙放大器系統(tǒng)，腦電圖（EEG）活動連續(xù)地從70的Ag/AgCI電極，包括對水平和垂直眼球運動電極的記錄。兩個附加電極（共模感（CMS）的有源電極和從動右腿（DRL）被動電極分別用作參考電極和接地電極/f

12、aq/cms&drl.htm）。EEG和EOG錄音被采樣256赫茲。脫線，連續(xù)的EEG記錄被分成1000毫秒持續(xù)時間時期，隨著刺激同步的呈現(xiàn)，含有200毫秒刺激前的活性。含閃爍，眼球運動試驗采用偶極辦法（BESA2000年）和含任何腦電圖文物或不正確的反應不考慮進行分析試驗校正。信號出現(xiàn)分別用200毫秒刺激前基線，過濾（帶通0.01-10赫茲6分貝/辛）基線校正，平均時間鎖定到表示開始的面刺激，并重新參照平均參考。3.結果：3.1行為數(shù)據(jù)只用正確的反應，并與200和2000毫秒之間RT試驗被列入RT和錯誤率的分析。統(tǒng)計分析是由Huynh-Feldt的方式校正的重復測量進行方差分析（ANOVA）

13、分析，包括受試者內(nèi)的變量的表情（憤怒，厭惡，恐懼）和強度（50，100，150）。平均數(shù)反應時間和錯誤率示于表1，雙向方差分析，包括因子情感和強度沒有發(fā)現(xiàn)任何顯著效果，無論是在反應時間（Fs的1.9,ps的0.17）,或是在錯誤率（Fs的v2.6,ps的0.06）。表1：正確的反應時間和錯誤率的不同強度（50%,100%和150%）和面部表情（憤怒，厭惡，恐懼）反應時間（ms）錯誤率（）憤怒厭惡恐懼憤怒厭惡恐懼50%4754694753.42.01.8100%4784734813.02.03.2150%4844764772.73.03.53.2事件相關電位ERP的活性在隨后的時間段被量化為平均

14、幅度的方法：90-110毫秒（P1），160-180毫秒（N170），200-250毫秒，250-300毫秒，300-350毫秒，350-400毫秒，及400-600毫秒。兩個早期圍繞P1和N170成分的峰的選擇的時間間隔，因為持續(xù)時間較短（高頻率），我們決定對這些早期間隔選擇20毫秒的間隔（而不是為以后的延遲較大的區(qū)間）。所有的信號分別平均為實驗條件，并對齊至到200毫秒基線開始刺激出現(xiàn)前200毫秒。統(tǒng)計分析是對ERP數(shù)據(jù)進行了Huynh-Feldt方法糾正重復測量的方差分析（ANOVA）分析每個時段，包括因子的表達，強度和電極點（64處）。請注意，由于在所有電極上的平均基準設置活動為零，任

15、何條件效果與電極部位的相互作用才有意義。因此，在此報告的任何條件的影響，將與電極的現(xiàn)場互動。表2:F值和顯著性水平對ERP的時間段的方差分析包括因素電極部位（S）,情緒（E）和強度（I）(ILFPlN170240-31*1msMi川mtX42jDm艮f23A*39.8SEkS12U09121.11.5*11JS126.ISWl.l疝W2.8X/KS|JOO_90P91-01.0IJ叩jxO.OL這一分析的結果示于表2。清晰的看到強度效果出現(xiàn)在N170和所有后續(xù)的分析區(qū)間。事后分析表明，最大的影響是過頂枕部頭皮地區(qū)。圖2示出用于對P9和P10三種強度的電極（上圖）的平均波形。為了更好地可視化的強

16、度的效果，兩個差波（100%減去50%，和150%-50%）進行了計算，并示于圖2（下圖）。圖3（上圖）示出了在整個頭皮位置該強度作用的分布。以ms為單位相對200-300的區(qū)間分析，確定采用差異波（150%減去50%）的時空偶極子源模型采用腦電源分析（BESA）軟件來刺激。該活動的初始主成分分析（PCA）顯示，單個主成分可以解釋在此時間間隔的方差的97%以上。因此，人們對單等效的偶極子，在對稱位置用四殼球形頭部模型進行擬合。這些偶極子的塔萊拉什坐標為x=46.3;Y=-63.6;Z=-6.7，且x=-46.3;Y=-63.6;Z=-6.7，分別位于其中這些偶極子在布羅德曼區(qū)19/37。其結果

17、示于圖3（底部）。如表2中所示，對較大的厭惡與憤怒和恐懼等的負性情緒相比，在時間段350-400毫秒對情感有顯著效果。（參照圖4）,事后分析（邦弗朗尼校正的成對比較（t檢驗）揭示了顳電極位點是最大的效果（FT7和FT8，分別地）。圖2.頂圖：事件相關電位的電極位置P9和P10疊加的情感表達的三個強度（50%,100%和150%）。下圖：ERP的區(qū)別波形顯示強度對電極位置P9和P10的影響。對強度的差波（100%減去50%）和（150%減50%）發(fā)生重疊。100%MINUS50%Intensity150%MINUS50%Intensity100ms150ms200ms250ms300ms350m

18、smapscaling:0.3500pV/contour+圖3頂圖：電壓圖（110投影,球面樣條插值）表示在整個頭皮在不同時間點的地形分布相對于刺激發(fā)病強度的影響。下圖：使用差分波形（150%減去50%強）偶極子源定位影響強度的結果。4.討論：這項研究的目的是雙重的。首先，我們對情緒如何對面部表情的強度psychophysically控制可能的變化對ERP的影響很感興趣。該研究的第二個目的是尋找與情感激活特定面部識別系統(tǒng)相關的ERP成分。為了解決這些問題，我們建立和驗證了男性和女性的面孔，并完成了讓受試者的健康與性別決定的任務（Young等人，2002）。我們用這些不同的面孔相對于情緒（憤怒，

19、恐懼，和厭惡）以及強度（50，100，150）的程度來顯示的這些情緒。因為這些情緒的面部表情識別在最近幾年的研究激烈，且有這些情緒相關的神經(jīng)解剖基板的假設，所以我們決定為憤怒，恐懼，和厭惡。首先來看的行為數(shù)據(jù)，結果顯示在反應時間和正確率上都沒有顯著性。但是應當注意的是，未達到預期顯著影響，可能是因為參與者必須集中于顯示在屏幕上的人的性別，而不是在它們的情緒表情或面部表情的強度。我們現(xiàn)在來看ERP數(shù)據(jù)。雖然有一個龐大的團隊從神經(jīng)心理個案和小組研究以及功能成像研究表明可分離的情感特定面部識別系統(tǒng)的證據(jù)，但在我們的研究中沒有很多證據(jù)證明這些系統(tǒng)。在我們的研究中，這些系統(tǒng)（厭惡識別系統(tǒng)）存在的唯一標志

20、就是與恐懼和憤怒對比下一個顯著的ERP激活，我們在350和400毫秒以上的時間極站點之間的時間窗口中區(qū)分厭惡。這一發(fā)現(xiàn)是根據(jù)神經(jīng)心理學和功能成像研究，突出了島葉皮質(zhì)和基底神經(jīng)節(jié)的牽連厭惡識別的神經(jīng)解剖學部位。這里沒有一個ERP分析表明與恐懼或憤怒識別系統(tǒng)的信息處理過程相關聯(lián)。其原因之一，一些稀疏的證據(jù)可能是情感識別系統(tǒng)很難用電生理學的方法來與要調(diào)查的深腦結構進行關聯(lián)。更令人吃驚的是在相對于強度的ERP系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，即被顯示的特定情感。統(tǒng)計分析顯示面部的情感影響特定的N170成分效果顯著，并在所有后續(xù)的時間間隔，在頂枕區(qū)頭皮（P9和P10）最為突出。即，更激烈的情感表達，越負是在ERP的偏轉（見圖

21、2）。因為早期視覺線索，如P1不是由表達情感的強度影響，此效果不能被在低水平的刺激差異來解釋對不同強度的條件的屬性。一種偶極子源的分析表明，這個強度的效果是得到的右顳枕葉區(qū)域內(nèi)的兩個對稱設置的發(fā)電機和左半球（參照圖3，下圖）的機制反應。雖然依據(jù)參照系和電位大量的ERP研究，積極或消極的變化的表情與中性表情相比中，情緒表情的強度與消極表情的偏轉程度之間有密切的聯(lián)系還沒有被發(fā)現(xiàn)。這是對該組件的功能早期猜測，但我們認為這是值得的，因為它可能有助于產(chǎn)生可檢驗的假設，以指導今后的研究。第一個問題涉及的消極偏轉關聯(lián)的認知領域。鑒于該偶極子源分析揭示了在次級視覺區(qū)域（布魯?shù)侣鼌^(qū)19/37）放電，它是合理的假

22、設，即在偏轉功能性連接到所述視覺-聽覺系統(tǒng)。第二個問題是消極慢波是否表示隨機呈現(xiàn)的視覺刺激可分為三個感知類的基本分類的一種形式。雖然沒有最終排除這種可能性，但似乎是不太可能的，因為消極情緒的偏轉是與面部情緒表情強度增量（50，100，150）的鏈接，而不是哪種表情（憤怒，恐懼，厭惡）本身。因此，我們認為，這個ERP組件可以代表一個早期高階，而不是低水平的知覺過程。這一過程的具體環(huán)節(jié)將在布魯斯和青年模型的框架之后進行討論;暫時，我們初步認為，這個過程可能參與某些外界刺激編碼具有顯著性。第三個問題源于這一猜測以及是否對顯著的對外界刺激即臉部識別或僅在人臉識別有假定的過程編碼參與。因為我們的數(shù)據(jù)是完

23、全基于面部處理，所以不能回答這個問題。不過，特別有意思的是Schupp,Jungh“ofer，維克和哈姆等人研究報道的結果（2003年），從國際情感圖片系統(tǒng)IAPS中用積極和消極的valeneed非面部照片（朗，布拉德利，和卡斯伯特，1999）額定作為高喚起或低喚醒。我們要注意，覺醒通常是指經(jīng)過加工的知覺之后的生物體的復雜的生理反應。既然我們對早期知覺加工有興趣，我們決定用情緒的長期顯著代替喚起來形容IAPS-刺激的感知特性。Schupp和同事能證明，那些在情感上高顯著的照片與低顯著的照片相比產(chǎn)生了強大的后部消極情緒，不論價的。這種效應開始約200毫秒，持續(xù)幾百毫秒。這種效應的神經(jīng)解剖部位進一

24、步用Sabatinelli,布拉德利，菲茨西蒙斯，和Lang(2005)中使用來自IAPS刺激的fMRI研究調(diào)查。作者可以顯示與情緒低顯著畫面相比，情緒高顯著畫面增加了下顳枕葉的激活。值得注意的是，在我們的論文中該報告于Schupp和同事及Sabatinelli和同事的時間過程的報告以及神經(jīng)解剖學位置的影響是非常相似的強度的效果。未來的研究將表明，無論是否是消極情緒，高顯著的消極情境和高顯著的消極情緒的面部表情反映了相同的底層神經(jīng)認知過程。如果這是正確的，我們不得不處理這個系統(tǒng)，其中(1)通過一些由看到一些顯著情緒所引起的一種生理反應，以及(2)通過觀察不同人的面部表情看到一些顯著情緒引起的一

25、種生理反應。這可能指向可能存在的鏡像神經(jīng)元系統(tǒng)的情緒顯著的視覺刺激編碼。這樣一個系統(tǒng)的存在不會帶來特別的驚訝：用于加工的厭惡類似的鏡像神經(jīng)元系統(tǒng)已經(jīng)被Wicker等人報告。(2003)。另一種解釋也是可能的。它可能是，盡管有趣的與心理生理相似性，對復雜視覺場景情感顯著的編碼和情緒的面部表情顯著的編碼是基于獨立的進程。在這種情況下，顯著的面孔編碼將被描述為一個過程，即對其中一個給定的平均的面孔進行分析的偏差過程。這將是有趣的調(diào)查，后者的過程中是否也參與了身份識別。圖5.兩相情感識別模型(見暗灰色框)。第1階段代表了最初的監(jiān)控過程，傳入(結構編碼)的面部信息的顯著代碼。在階段2中，面部的特定情緒的內(nèi)容在情感特異性識別系統(tǒng)進行了分析。淺灰色的框代表的非常簡單的身份識別系統(tǒng)。白色方框表示結構性編碼級，其信息被輸入到情感和身份識別系統(tǒng)。用于說明目的，面部識別模型，結合布魯斯和楊的想法即用于面部情感和面部身份識別數(shù)據(jù)的單獨的處